Día Mundial del Agua: desarrollan nueva metodología para estimar la humedad del suelo

En la actualidad en México no existe una red de observación de humedad del suelo capaz de realizar balances hídricos de forma confiable y oportuna. Como respuesta a esta necesidad, investigadores del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) iniciaron en 2015 el desarrollo de una metodología para estimar la humedad del suelo por satélite.

La estimación de la humedad del suelo es muy importante para entender mejor el ciclo hidrológico y el cálculo de los balances hídricos que afectan directamente el agua y el clima.

En el marco del Día Mundial del Agua, que se celebra este 22 de marzo como una ocasión para destacar la función esencial del recurso líquido vital y propiciar mejoras para la población mundial que sufre de problemas relacionados con el agua, René Lobato Sánchez, investigador del IMTA, habló en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt sobre el proyecto y la relevancia del mismo para el país.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Por qué es importante contar con una metodología para estimar la humedad del suelo por satélite?

René Lobato Sánchez (RLS): La humedad del suelo es parte del proceso del ciclo hidrológico que interviene como acoplamiento del proceso suelo-planta-atmósfera. Un fenómeno relacionado con el balance hidrológico y, en especial, con la variabilidad del clima y ahora con el cambio climático son las sequías.

El monitoreo de una sequía no solo implica analizar la ocurrencia de la precipitación pluvial, conlleva otras variables y parámetros que definen con mayor precisión la extensión, tanto temporal como espacial de la misma. Una de ellas es la humedad del suelo.

La estimación de la humedad del suelo es importante también para pronóstico meteorológico de corto y mediano plazo, monitoreo de la fotosíntesis, fenología de las plantas, entre otros.

AIC: ¿Cuándo y qué dio origen al desarrollo de una metodología para estimar la humedad del suelo por satélite?

RLS: La estimación de la humedad del suelo por vía remota existe prácticamente desde los principios de la exploración espacial terrestre, solo que se ha realizado a través de ciertos sensores que fueron desarrollados para la exploración de otro tipo de parámetros y variables. Por ejemplo, el satélite Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), que opera la Agencia Espacial Europea (ASA, por sus siglas en inglés), solo estima humedad del suelo y salinidad oceánica.

Observar la humedad del suelo es una práctica poco común en nuestro país pero que diversos sectores y usuarios cada vez requieren con mayor frecuencia y oportunidad de esta información. Desafortunadamente, no se cuenta con una red de observación de humedad del suelo que tenga información histórica de al menos tres décadas.

Por ello resulta necesario explorar con sensores remotos espaciales la factibilidad de la estimación de la humedad del suelo que contemple todo el país y que de forma continua brinde esta información para los fines antes expuestos.

En promedio, un barrido completo que cubra todo el país se realiza en tres días; debido a la lenta evolución del contenido de la humedad del suelo, este tipo de cobertura temporal resulta adecuado para el objetivo que se planteó originalmente.

La humedad del suelo es útil como elemento de entrada a diferentes procesos y modelos hidrológicos, entre otros tipos de uso. Un modelo hidrológico con valores aceptables de humedad del suelo puede realizar estimaciones de escurrimientos en los cauces mucho más cercanos a la realidad.

AIC: ¿Podría explicar en qué consiste la metodología que desarrolla el IMTA?

RLS: Consiste en medir dentro del espectro electromagnético aquellas frecuencias que son sensibles y que pueden determinar su contenido con razonable precisión. Un radiómetro que mide dentro del espectro electromagnético las longitudes de onda que son susceptibles a la emisión de energía en esos rangos, pero lo más importante es su corrección con datos obtenidos de sensores en campo que permitan su correcta estimación.

A través de una técnica novedosa que opera en frecuencias cercanas a la banda L, un rango de radiofrecuencia de las microondas (1.4 GHz) que captura imágenes de radiación de microondas emitida desde la superficie terrestre, la teoría se basa en el contraste entre las propiedades electromagnéticas del agua líquida y el suelo seco, y entre el agua pura y el agua salina.

Existen algoritmos de corrección y ajuste de los valores observados por estos satélites que permiten su calibración. Es así como se consideran estas imágenes ya calibradas desde el centro de procesamiento del satélite SMOS en este caso.

Una correcta medición requiere de sitios en la superficie terrestre donde se mide la humedad del suelo para su respectiva calibración. En México existe un sitio experimental ubicado en el sureste y que es operado en colaboración del IMTA y el Instituto de Ingeniería de la UNAM.

AIC: Entonces, ¿cuál es el principal objetivo de este desarrollo?

RLS: Contar con información confiable y oportuna para diversas aplicaciones, como datos de entrada para modelos hidrológicos, con la finalidad de que las representaciones numéricas de los modelos sean más aproximadas a la realidad; la humedad antecedente es un parámetro importante en este tipo de modelos que puede llevar a una correcta representación del proceso del escurrimiento superficial.

El monitoreo de las sequías requiere como insumo principal, además de la precipitación, la humedad del suelo, pues cuando se presenta un suelo anormalmente seco esta es una condición que puede seguir su evolución mediante este tipo de plataformas satelitales. Los modelos meteorológicos y climáticos también requieren de valores confiables de humedad del suelo dentro de sus condiciones iniciales. La interacción suelo-planta-atmósfera debe ser bien representada dentro de los procesos que ocurren en la capa límite planetaria para que estos modelos realicen pronósticos numéricos más precisos.

AIC: Actualmente, ¿cómo se estima la humedad del suelo?

RLS: Existen dos plataformas satelitales, una operada por la Agencia Espacial Europea —antes mencionada— y la otra por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA, quienes cuentan con los dispositivos adecuados para la correcta estimación de la humedad del suelo.

Ambos son satélites de órbita polar que dentro de su trayectoria registran los valores de humedad de suelo a través del radiómetro que detecta esta humedad. Cuando los sensores, en este caso el radiómetro, detectan la radiación emitida a ciertas longitudes de onda, se les denomina pasivos, así es como funcionan los dos satélites, a pesar que el satélite SMAP (Soil Moisture Active Passive) cuenta con un radar (emite radiación electromagnética que al reflejarse en la superficie terrestre se detecta su atenuación).

Desafortunadamente ha tenido fallas desde su lanzamiento, únicamente es la componente pasiva la que funciona.

AIC: ¿Quiénes podrán hacer uso de este desarrollo?

RLS: Esta aplicación puede servir a diversas disciplinas. A las ciencias agrícolas para contar con información con cobertura a nivel nacional en forma periódica. Por su parte, las ciencias hidrológicas contarán con información casi en tiempo real para una mejor estimación de la magnitud de las sequías, de los escurrimientos superficiales y de entrada a modelos para un pronóstico más confiable de caudales. Las ciencias forestales podrán combinar esta información para estimar de forma eficiente el potencial de incendios, entre otras aplicaciones.

Fuente: CONACYT.